La découverte récente (2013) d'émissions de méthane microbien en rebord du plateau Aquitain (entre 140 et 220 m de profondeur d'eau) sur une bande s'étendant le long de 80 km du nord au sud entre le Cap Ferret et le Capbreton suscite des interrogations sur les modalités de mise en place et d'évolution spatio-temporelle du système fluide associé. Les indices fluides liés à ce système microbien, tels que les carbonates authigènes et les niveaux chargés en gaz, sont localisés dans la zone externe du plateau et s'étendent jusqu'à la partie haute de la pente continentale. Au regard de la géométrie des horizons régionaux, des indices géochimiques et des voies potentielles de migration du gaz, la source de la matière organique pour la génération de ce méthane microbien serait située dans les derniers clinoformes du Pléistocène supérieur, et permettrait la précipitation des carbonates sur une largeur dépendante de l'épaisseur de ces clinoformes. A l'est de ce système, donc plus proche du continent, la présence d'indices potentiels enfouis (carbonates authigènes ou gaz) permet de penser que d'autres systèmes fluide se sont développés au cours de la progradation de la marge Sud Aquitaine, et ce, possiblement depuis le Pliocène. Le développement du système fluide est ainsi étroitement lié à l'évolution de la marge Sud Aquitaine et dépend des flux sédimentaires qui régissent les apports de matière organique dans les unités progradantes. Le caractère unique de ce système microbien dans le Golfe de Gascogne et sa restriction à la marge Sud Aquitaine s'expliquerait essentiellement par le contrôle des apports sédimentaires continentaux. / The recent discovery (2013) of microbial methane emissions along the Aquitaine continental Shelf edge, south west of France (from 140 to 220 m of water depth), extending along 80 km N-S and 8 km E-W, questions about the initiation and temporal evolution of this fluid system. Several fluid evidences related to the microbial system at the edge of the Aquitaine Shelf, such as authigenic carbonates and gas-charged layers extend from the external shelf until the upper part of the continental slope. Based on regional horizon geometry, geochemical evidences and potential migration pathways, the organic source matter for microbial methane is most likely located within the last upper Pleistocene clinoforms of the South Aquitaine margin. Occurrence of potential buried fluid evidence at the east of the fluid system is interpreted as potential evidence for initiation of this fluid system during the Pliocene age. The fluid system initiation and its evolution would be strongly related to the evolution/progradation of the South Aquitaine Margin and thus to the sedimentary regime controlling sediment and organic matter supplies to the shelf and upper continental slope. This relation explains the fact that such fluid system is unique in the Bay of Biscay and is restricted to the South Aquitaine Margin.

L'interaction des courants de marée barotrope avec les talus continentaux est à l'origine de la génération d'ondes internes. D'importants transferts d'énergie et du mélange y sont associés, permettant le maintien de la circulation océanique générale. La modélisation des marées internes de grande amplitude du golfe de Gascogne de la campagne MINT94 du SHOM est réalisée à l'aide du modèle 3D côtier SYMPHONIE. Les propriétés de génération et de propagation des marées internes semi-diurnes et quart-diurnes, l'origine des ondes non-linéaires, sont présentées suite au développement de l'outil d'analyse WEof (Wavelet Empirical orthogonal function). Il combine analyse en ondelettes (localisation temps-fréquence) et analyse en composantes principales (identification des structures physiques cohérentes). Des études de sensibilité sont présentées indiquant l'influence sur la marée interne des contributions suivantes: forçage par la marée barotrope, bathymétrie et stratification thermohaline.

Dans le double cadre de la conservation des écosystèmes soumis à l'exploitation et du développement durable d'une pêcherie, cette étude intégrée d'écologie benthique concerne la structure, le fonctionnement et l'évolution des communautés benthiques du plateau continental Nord Gascogne. Deux communautés distinctes ont été mises en évidence : une première dans la partie centrale de la Grande Vasière et une autre au niveau de la marge externe. Les divergences structurelles au sein de ces communautés traduisent un fonctionnement différent de ces deux écosystèmes contraints par des apports trophiques, des relations biotiques et des régimes de perturbations très différents. Des différences remarquables, notamment sur l'épifaune, ont été détectées en relation avec les perturbations engendrées par le passage des engins traînants. La comparaison des communautés à 35 ans d'intervalle révèle une évolution à long terme des entités biosédimentaires. La structure du réseau d'interactions trophiques a été précisée, en termes de niveaux trophiques et d'origine de la nourriture. Les apports trophiques par sédimentation ont été quantifiés. Aux échelles spatio-temporelles considérées, ils montrent une forte variabilité traduisant le rôle majeur des forçages physiques. Les données acquises au cours de cette étude ont été utilisées pour développer un modèle de réseau trophique à l'état stable de l'écosystème bentho-démersal de la Grande Vasière. A l'échelle annuelle, ce modèle révèle que la majeure partie des apports trophiques par sédimentation n'est pas consommée, que la pression de prédation exercée sur les consommateurs primaires benthiques est forte et que l'incidence des rejets de pêche dans le fonctionnement trophique de cet écosystème est faible. La définition de stratégies de gestion des pêcheries en terme de préservation des écosystèmes soumis à l'exploitation et de développement durable de ces activités doit prendre en compte l'ampleur et les rythmes de ces modifications.

La formation et l'évolution de la Marge continentale passive Nord Gascogne et du Bassin Armoricain sont fortement liées à l'ouverture du golfe de Gascogne et à la formation des Pyrénées. L'étude des structures tectono-sédimentaires, calées aux forages profonds DSDP et pétroliers, ainsi que l'étude de leurs prolongements dans les domaines émergés adjacents (Bassin de Parentis et les bassins de la Manche), ont permis de montrer l'évolution spatio-temporelle de la couverture sédimentaire. Un polyphasage tectonique lors du rifting et deux phases compressives pyrénéennes ont été identifiés. Des événements tectono-sédimentaires catastrophiques auraient affectés la marge à la fin du rifting. Le Bassin Armoricain serait un bassin sédimentaire jeune, ayant toutes les caractéristiques structurales d'une zone de Transition Océan/Continent effondrée à la fin du rifting ou lors de l'initiation de l'accrétion océanique. L'étude des structures crustales a permis de connaître la géométrie de la marge : la distance domaine océanique/domaine continental non-aminci est constante le long de la marge ; l'amincissement crustal s'effectue exclusivement sous l'étroite pente continentale, inférieure à 50 km de large ; les blocs basculés, situés au pied de la pente, ont un rôle mineur dans les processus d'amincissement crustal. Les modèles géodynamiques actuels d'une marge passive n'expliquent pas la géométrie de la Marge Nord Gascogne. Or cette géométrie, similaire à celle du Bassin de Parentis, n'est pas atypique ; nous pensons que l'amincissement est induit par d'autre processus géodynamique que l'extension pure.

Cette thèse porte sur l'application du filtre SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman filter), un système d'assimilation de données pour les modèles océaniques, au contrôle d'une configuration du Golfe de Gascogne. Cette configuration au 1/15°, emboîtée dans une configuration au 1/3° de l'Atlantique Nord à travers l'emploi de Conditions aux Frontières Ouvertes (en mer), est développée à l'aide du modèle HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) à coordonnée verticale hybride. L'étude porte essentiellement sur la paramétrisation de l'erreur modèle dans le filtre SEEK, et plus généralement dans les filtres de Kalman de rangs réduits, pour le contrôle des modèles régionaux. Les paramétrisations classiques de ces systèmes d'assimilation, développés jusqu'à présent pour les modèles de bassin, sont inadaptées à la complexité de la dynamique régionale. On utilise des méthodes d'ensemble pour estimer de façon réaliste l'erreur modèle liée à la mauvaise détermination des forçages aux limites, forçages atmosphériques et CFO, dont l'influence est a priori très importante sur la dynamique régionale. La caractérisation des statistiques de l'erreur modèle est réalisée à l'aide de la méthode des représenteurs qui montre l'impact de l'assimilation de divers types d'observations pour le contrôle de l'état océanique. La propagation de l'erreur générée aux frontières ouvertes est faible. Les bons résultats donnés par l'emploi de l'erreur liée aux forçages atmosphériques, pour paramétrer le filtre SEEK dans des expériences d'assimilation de température de surface, que l'on compare à ceux donnés par une paramétrisation plus classique, montrent l'apport de cette étude sur l'erreur modèle.

La flèche littorale du Cap Ferret s'est édifiée au cours des derniers 3 000 ans, à la faveur du ralentissement de l'élévation du niveau global des océans. Depuis 250 ans, les cartes marines révèlent une importante instabilité de l'extrémité libre de la flèche, à laquelle les travaux présentés dans ce mémoire tentent d'apporter une explication physique. Dans un premier temps le croisement des données cartographiques avec des données environnementales révèle la synchronisation des déplacements de la flèche avec d'une part l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), et, d'autre part, les structuations décennales à multidécennales de la vitesse de l'élévation du niveau de l'Atlantique Nord-est. Les processus sous-jacents à cette synchronisation sont alors détaillés avec un modèle numérique de transport sédimentaire. Puis, l'érosion chronique de la flèche entre 1986 et 2016, ainsi que les mécanismes d'évolution de la plage océanique de la Pointe du Cap Ferret sont décrits et quantifiés à l'aide de données topographiques. A l'échelle locale, ces résultats apportent des preuves tangibles du rôle du climat dans l'érosion actuelle de la Pointe du Cap Ferret. D'un point de vue plus général, ces travaux contribuent à la meilleure description des processus contrôlant l'évolution des systèmes de barrières holocènes, dans le contexte actuel d'accélération de l'élévation du niveau de la mer. / Low rates of global sea level rise have allowed the Cap Ferret coastal barrier-spit to develop since about 3 000 years ago. Over the last 250 years, navigation charts attest of a significant instability of the distal end of the spit, to which the present study aims to provide a physical explanation. First, the crossing of cartographic data with meteoceanic data reveals a strong relationship of the spit-end behaviour with, on the one hand, the North Atlantic Oscillation (NAO), and, on the other hand, decadal to multidecadal variations in the rate of sea level rise in the Northeast Atlantic. Underlying processes were then investigated using a numerical model for sediment transport. Finally, the chronic erosion of the spit between 1986 and 2016, as well as the evolution mechanisms of the oceanic beach of the spit-end are described and quantified by means of topographic data. Locally, these results support the role of climate in the ongoing erosion of the spit-end. From a wider perspective, this study brings new insigths on the processes controling the evolution of Holocene barrier systems, in the present context of an accelerating sea level rise.

Ce travail de thèse explore la dynamique à sousmésoéchelle sur le plateau continental du golfe de Gascogne. Dans la première partie, les caractéristiques des processus à sousmésoéchelle sur le plateau sont identifiées à l’aide de données satellites à haute résolution de température de surface de la mer issues du capteur MODIS. Une détection des fronts est réalisées à l’aide d’exposants de singularité, une approche récente pour identifier les irrégularités dans les champs de SST. Les résultats sont complétés par des simulations numériques à 2.5 km de résolution spatiale. Trois types principaux de fronts sont présentés : i) les fronts de marée le long de la côte et plus marqués dans la région d’Ouessant; ii) les fronts au niveau du talus continental liés à l’activité des ondes internes; iii) les fronts d’eaux dessalées aux limites des panaches de rivières en hiver. Dans la seconde partie, un modèle hydrodynamique réaliste du golfe de Gascogne a été mis en place. Cette configuration a une résolution spatiale de 1 km et 40 niveaux verticaux sigma. Un diagnostic est basé sur l’hypothèse que les processus à sousmésoéchelles résultent d’instabilités baroclines. L’énergie potentielle disponible est ainsi convertie en énergie cinétique tourbillonnaire avec des échelles temporelles O(1) jour ou moins grâce à ces processus. L’activité est plus intense dans la région d’Ouessant et les régions côtières en été. En hiver, ces processus ont une échelle temporelle O(1) jour (∼ 30 heures). Ces échelles temporelles sont un indicateur de la présence d’instabilités baroclines à sousmésoéchelle à proximité du panache. / This thesis explores the submesoscale dynamics in the Bay of Biscay continental shelf. In the first part, submesoscale features over the shelf are identified using remotely sensed high resolution sea surface temperature (SST) images by MODIS. Front detection is achieved through singularity exponents, a novel method of calculating irregularities on the SST fields, and an index for the frontal activity is generated. Results are complemented with 2.5 km horizontal resolution numerical simulations. Three main types of fronts are presented: i) tidal mixing fronts along the coast and most significantly in the Ushant region; ii) shelf break front related to internal tidal wave activity; iii) fresh water fronts along the edge of the river plumes in winter. In the second part, a realistic hydrodynamical model of Bay of Biscay is set up. The model has a 1 km horizontal resolution and 40 σ vertical layers. Diagnostics is based on the assumption that the submesoscale features in the upper ocean are the result of baroclinic instabilities. Available potential energy (APE) is then converted to eddy kinetic energy (EKE) in time scales in O(1) day or less through this process. Activity increases in the Ushant region and the coastal regions in summer, whereas, in winter, activity in the vicinity of the fresh water plumes dominates. In summer, EKE conversion time scale in this region is ∼ 5 days, which can be considered shorter than mesoscale. In winter, they have a time scale of O(1) (∼ 30 hours). This is an indicator that the submesoscale baroclinic instability is happening at the plume.

La gestion des pêches en Atlantique Nord-Est s'oriente vers une régionalisation, prenant en compte les interactions techniques caractéristiques des pêcheries mixtes. Ceci nécessite une compréhension et une évaluation des dynamiques spatio-temporelles des espèces exploitées et des flottilles qui les exploitent. Cette thèse vise à proposer un outil pour évaluer les conséquences de stratégies de gestion dans le golfe de Gascogne. Elle se focalise sur le stock de merlu Nord (Merluccius merluccius) et la pêcherie mixte démersale merlu - sole (Solea solea) – langoustine (Nephrops norvegicus) du golfe de Gascogne. Un cadre d'évaluation de stratégies de gestion (MSE) a été développé, intégrant un modèle d'évaluation spatialisé du stock de merlu Nord, et un modèle opératoire (lSlS-Fish) simulant la pêcherie mixte démersale du golfe de Gascogne. Le modèle spatialisé d'évaluation a estimé des variations spatio-temporelles d'abondance, recrutement et mortalité par pêche du merlu Nord, malgré la sensibilité de la procédure d'estimation au point initial. Le modèle opératoire intègre I'ensemble de la connaissance disponible sur la pêcherie. ll a été calibré selon une approche multi-critères, assurant la reproduction des captures de merlu sur 2010-2012. Le cadre d'évaluation de stratégies de gestion n'est pas opérationnel, mais a mis en évidence des différences de modélisation des dynamiques à l'échelle de la pêcherie, et illustre de potentiels effets de la gestion par TAC du stock de merlu Nord sur la pêcherie, dans un contexte de mise en place de I'obligation de débarquement. Ces résultats et des pistes d'amélioration sont discutés. / North-East Atlantic fisheries management goes towards a regionalisation, accounting for mixed fisheries technical interaction. Hence, understanding and assessing the spatio-temporal dynamics of exploited species and the fleets exploiting them is needed. This study aims to provide a tool to assess the effects of several management scenarii in the Bay of Biscay. lt fouses on North-east Atlantic northern hake stock (Merluccius merluccius) and the mixed demersal hake - sole (Solea solea) - Norway lobster (Nephrops norvegicus) Bay of Biscay fisheries.A Management Strategy Evaluation (MSE) framework has been developed, pairing a spatial northern hake stock assessment model, and an operating model (lSlS-Fish) simulating the Bay of Biscay mixed demersal fisheries.A Management Strategy Evaluation (MSE) framework has been developed, pairing a spatial northern hake stock assessment model, and an operating model (lSlS-Fish) simulating the Bay of Biscay mixed demersal fisheries.The spatial assessment model estimated northern hake abundance, recruitment and fishing mortality spatio-temporal variations, despite the estimation procedure sensitivity to initial point.The operating model incorporates all the current knowledge on the fisheries. lt has been calibrated following a multi-criteria approach, ensuring the reproduction of hake catch on 2010-2012. The Management Strategy Evaluation framework is not operational, although it highlighted discrepancies between both models dynamics at the fishery scale, and illustrated northern hake management through TACs potential effects on the fishery, in a landing obligation context. These results and improvement axes are discussed.

L'étude de l'écologie alimentaire des organismes ainsi que l'étude de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques, principale caractéristique de l'organisation des écosystèmes, ne sont pas aisées en environnement marin. Des méthodes indirectes d'étude ont donc été développées récemment, telles que l'utilisation de « traceurs écologiques » qui sont des paramètres (bio)chimiques mesurés dans les tissus biologiques des organismes. Sur la base du postulat « je suis ce que je mange », les traceurs écologiques constituent des indicateurs relativement fiables du niveau trophique des organismes et/ou de leur zone d'alimentation. Dans un premier temps, l'importance de certains facteurs de variations biologiques et environnementaux des traceurs isotopiques et métalliques (mercure Hg et cadmium Cd) a été étudiée dans le Golfe de Gascogne. Dans un tel environnement marin ouvert, supportant une grande diversité biologique et subissant diverses influences, notre hypothèse de travail était effectivement que les sources de variations sont nombreuses. Cette thèse a ainsi mis en évidence qu’il était nécessaire d’intégrer différents facteurs de variations pour utiliser ces traceurs écologiques dans ce type d'écosystème, tels que le changement de la ligne de base sur un gradient côte-large pour un calcul pertinent des positions trophiques. Dans un second temps, ces outils ont été directement appliqués pour l'étude de l'écologie alimentaire de quelques espèces d'intérêt commercial, telles que la sardine, l'anchois et le bar. Ils ont ainsi révélé une relative spécialisation de la sardine sur certaines proies mésozooplanctoniques, alors que l'anchois montre d’une part une plasticité trophique plus importante sur ce compartiment planctonique, et d’autre part une plus grande flexibilité en termes de zones d'alimentation. Dans le car du bar, dont l'écologie alimentaire était jusqu'à présent très peu connue en dehors des zones côtières, le couplage des données isotopiques (révélant des informations sur le régime alimentaire sur le moyen à long terme) avec des données de contenus stomacaux (révélant des informations sur le court terme) a permis de mettre en évidence la sélectivité des individus de bars adultes sur les petits poissons pélagiques à forte valeur énergétique, lorsque ce prédateur fréquente les eaux du large. Enfin, ces traceurs écologiques ont été utilisés pour affiner la compréhension de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques dans le Golfe de Gascogne, et le comportement de certains contaminants tels que le Hg dans ces réseaux. Plus de 140 espèces provenant des différents réseaux trophiques de cet écosystème ont ainsi été analysées en isotopie, et 120 espèces pour leurs concentrations de Hg dans le muscle. Les traceurs isotopiques en particulier ont révélé que dans cet écosystème : 1) les mammifères marins sont un compartiment structurant des réseaux trophiques ; 2) les chaînes alimentaires sont relativement courtes ; 3) les chaînes alimentaires et les relations trophiques sont fortement organisées en "réseau" ; 4) le degré d'omnivorie est plutôt moyen dans l'écosystème, avec une tendance à l'augmentation chez les niveaux trophiques supérieurs. Ce travail de thèse a également mis en évidence une contamination en Hg plus importante dans le muscle des espèces provenant des habitats profonds du Golfe de Gascogne. Dans un contexte de besoin d'outils de suivi de l'état écologique des écosystèmes marins, et des espèces composant les réseaux trophiques en présence, cette thèse a finalement démontré tout l'intérêt d'utiliser les traceurs écologiques tant à des fins de recherches fondamentales qu'à des fins appliquées en écologie marine. / The study of organisms' trophic ecology and those of food webs' structure and functioning are not easy in marine environments, while it is an essential characteristic of ecosystems' organisation. Thus, the use of indirect methods such as « ecological tracers » has dramatically increased recently. These methods consist in measuring (bio)chemical parameters in biological tissues of organisms. Based on the assumption « you are what you eat », ecological tracers constitute reliable indicators of the trophic position and/or of the feeding zone of organisms. First, the importance of some biological and environmental factors of variations on isotopic signatures and metal concentrations (mercury Hg and cadmium Cd) was examined in the Bay of Biscay. Indeed, in such an open marine ecosystem supporting a high biological diversity and undergoing various oceanic and terrigenous influences, we hypothesized that sources of variations are numerous. This work highlighted that different biological and environmental factors of variations have to be taken into account to use these ecological tracers in this type of ecosystem. For instance, we evidenced a change in the baseline along the inshore-offshore gradient that can considerably bias calculations of trophic positions from stable isotopes values, if it is not considered. Secondly, the isotopic tool in particular has been applied to study the trophic ecology of some commercially important species, such as sardine, anchovy and sea bass. Isotopic signatures revealed a relative specialisation of sardine on some mesozooplanktonic prey. On the contrary, anchovy showed a relative trophic plasticity on this type of prey, and a greater flexibility in terms of feeding zones. As for sea bass, the combination of isotopic data (giving an information on diet on the long term) and stomach contents data (giving an information on diet on the short term) highlighted the selectivity of adult individuals on small pelagic fish of high energy content, when foraging in offshore waters. Finally, ecological tracers were used to refine the understanding of food webs' structure and functioning in the Bay of Biscay, as well as Hg behaviour in these food webs. More than 140 species from the different food webs of this ecosystem have been analysed for their isotopic signature, and 120 species for muscle Hg concentrations. Isotopic data in particular revealed that in this ecosystem: 1) marine mammals are a structuring component of food webs; 2) food chains are relatively short; 3) food chains and trophic relationships are strongly "food web like" organised; 3) the degree of omnivory is intermediate in this ecosystem, with a slight trend to increase with increasing trophic position. This work also highlighted an enhanced bioaccumulation of Hg in the muscle of deep-sea fauna from the Bay of Biscay. In the context of the need for tools to monitor the environmental status of marine ecosystems, and of species that structure food webs, this work finally demonstrated the great interest of using ecological tracers for both fundamental and applied marine ecological research.

Les études couplant des observations provenant des marges passives actuelles et d’analogues fossiles ont permis de mieux appréhender les mécanismes d’extension de la lithosphère. Néanmoins, l’évolution spatiale et temporelle des processus de rupture continentale et de formation de croûte océanique reste mal contrainte. Le Golfe de Gascogne et les Pyrénées sont utilisés dans ce travail comme laboratoire naturel pour étudier la formation et la réactivation des systèmes de rift. Le développement et l’application d’une approche terre-mer a permis d’identifier, caractériser et cartographier les domaines de rift formés lors de l’ouverture du Golfe de Gascogne et partiellement intégrés à l’orogène Pyrénéenne. Cette cartographie révèle l’architecture complexe de la limite de plaque Ibérie-Europe résultant d’une évolution fortement polyphasée. Plusieurs systèmes de rift spatialement distincts sont préservés à des stades d’évolution différents. Une segmentation importante partiellement héritée de la structuration prérift contrôle la formation des systèmes de rift ce qui a des implications pour la cinématique régionale. Plusieurs étapes de la déformation compressive ont pu être distinguées et mises en relation avec l’architecture héritée du rift. La réactivation est initiée dans le domaine de manteau exhumé. Après lasubduction de croûte hyper-amincie, la collision continentale est contrôlée par les domaines proximaux et de necking qui jouent le rôle de buttoirs. Ces résultats soulignent l’interaction étroite entre l’héritage pré-rift et l’évolution spatiale des systèmes de rift ainsi que l’importance de l’architecture du rift pour comprendre la formation des orogènes. / Knowledge on lithosphere extensional mechanisms has greatly benefited from studies made both at presentday rifted margins and onshore fossil analogues. Nevertheless, the spatial and temporal evolution of the processes leading to continental break-up and oceanic crust formation remains poorly constrained. The Bay of Biscay and Pyrenees is used in this study as a natural laboratory to investigate the formation and reactivation of rift systems. A new offshore-onshore approach is developed and applied to identify, characterize and map the rift domains inherited from the Bay of Biscay opening and partly integrated into the Pyrenean orogen. This mapping reveals the complex architecture of European-Iberian plate boundary resulting from a strongly polyphased evolution. Several rift systems spatially distinct are preserved at different evolutionary stages. An important segmentation partially inherited from the pre-rift structuration controls the formation of the rift systems, an observation that has important implications for regional kinematic restorations. Several steps in compressional deformation can be distinguished and related to the rift inherited architecture. Reactivation is initiated in the exhumed mantle domain. Following the subduction of hyperthinned crust, continental collision processes are controlled by the proximal and necking domains acting as buttresses. These results emphasize the role of pre-rift inheritance for the spatial evolution of rift systems and the importance of the rift-related architecture to unravel the formation of collisional orogen.